Cette étude vise trois objectifs majeurs. Elle cherche d’abord à déterminer les mécanismes par lesquels les monomères cycliques d’acides gras (MCAG) issus de la friture des huiles végétales induisent l’accumulation des lipides dans le foie des rats. Ensuite, elle évalue les effets des MCAG sur les marqueurs de l’inflammation et du stress oxydant chez ces mêmes rats. Enfin, elle vise à déterminer si ces effets peuvent être modulés par la qualité des lipides alimentaires. Pour atteindre ces objectifs, cette étude compare les effets des quatre diètes sur la composition corporelle, les profils d’acides gras et de lipides hépatiques et plasmatiques, l’activité ou l’expression d’enzymes hépatiques, les marqueurs d’homéostasie glucidique, d’inflammation et de stress oxydant. Les quatre diètes diffèrent par la source de lipides alimentaires et l’ajout ou non de MCAG (0,5% des lipides alimentaires totaux) : huile de canola (CO), huile de canola avec MCAG (CC), huile de soya (SO) et huile de soya avec MCAG (SC). Les rats sont nourris avec ces diètes (n = 9 par groupe) pendant 28 jours et des paramètres biochimiques sont analysés dans le foie, le plasma et les urines. Les rats nourris aux MCAG manifestent une hausse des TG hépatiques, du cholestérol total plasmatique et du cholestérol de VLDL+LDL, une baisse de la phosphatidylcholine hépatique et du cholestérol des HDL plasmatique par rapport aux rats nourris avec les diètes sans MCAG. En plus, les rats nourris aux MCAG montrent des concentrations plus élevées en 15-F2t-IsoP et son métabolite, le 2,3-dinor-15-F2t-IsoP, que les rats non nourris aux MCAG. Enfin, les rats nourris avec la diète SC ont des concentrations plasmatiques et urinaires plus élevées d’isoprostanes, de neuroprostanes et d’Interleukine-6 que ceux nourris avec l’huile de canola et MCAG. Cette étude montre que les MCAG perturbent l’homéostasie des lipoprotéines sanguines et causent l’accumulation des TG dans le foie des rats en lien avec une réduction de la phosphatidylcholine hépatique. Par ailleurs, la consommation de MCAG favorise le développement d’un stress oxydant, et cet effet ainsi que l’impact des MCAG sur l’inflammation sont exacerbés par une diète riche en acide linoléique (huile de soja) comparée à une diète riche en acide oléique (huile de canola). / This study has three major objectives. It first seeks to determine the mechanisms by which cyclic fatty acid monomers (CFAM), which are derived from the frying of vegetable oils, induce the accumulation of lipids in the liver of rats. Then, it evaluates the effects of CFAM on the markers of inflammation and oxidative stress in these same rats. Finally, it aims to determine if these effects can be modulated by the quality of dietary lipids. To achieve these objectives, this study compares the effects of four diets on body composition, hepatic and plasma fatty acid and lipid profiles, activity or expression of liver enzymes, markers of carbohydrate homeostasis, inflammation and oxidative stress. The four diets differ in the source of dietary lipids (canola oil or soybean oil) and the addition of CFAM (0.0 or 0.5% of total dietary fat). Rats were fed these diets (n = 9 per group) for 28 days and biochemical parameters are analyzed in liver, plasma and urine. CFAM-fed rats showed increased hepatic triglycerides and plasma total cholesterol and VLDL+LDL cholesterol, decreased plasma HDL cholesterol and liver phosphatidylcholine, compared to rats fed CFAM-free diets. In addition, CFAM-fed rats showed higher concentrations of plasma 15-F2t-IsoP and 2,3dinor-15-F2t-IsoP than non-CFAM-fed rats. Finally, rats fed soybean oil and CFAM had elevated plasma and urinary concentrations of isoprostanes, neuroprostanes and interleukin-6 as compared to those fed canola oil and CFAM. This study shows that CFAM disrupt blood lipoprotein homeostasis and cause triglyceride accumulation in rat liver related to reduced liver phosphatidylcholine. In addition, the consumption of CFAM promotes the development of oxidative stress, and this effect and the impact of CFAM on inflammation are exacerbated by a diet rich in linoleic acid (soybean oil) compared to a diet rich in oleic acid (canola oil).

L’accumulation de triglycérides (TG) dans les hépatocytes est caractéristique de la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA). Cette dernière se produit dans diverses conditions dont le facteur commun est le métabolisme anormal des lipides. Le processus conduisant à l'accumulation des lipides dans le foie n’a pas encore été totalement élucidé. Toutefois, des lipides s'accumulent dans le foie lorsque les mécanismes qui favorisent leur exportation (oxydation et sécrétion) sont insuffisants par rapport aux mécanismes qui favorisent leur importation ou leur biosynthèse. De nos jours il est admis que la carence en œstrogènes est associée au développement de la stéatose hépatique. Bien que les résultats des études récentes révèlent l'implication des hormones ovariennes dans l'accumulation de lipides dans le foie, les mécanismes qui sous-tendent ce phénomène doivent encore être étudiés. En conséquence, les trois études présentées dans cette thèse ont été menées sur des rates ovariectomizées (Ovx), comme modèle animal de femmes post-ménopausées, pour étudier les effets du retrait des œstrogènes sur le métabolisme des lipides dans le foie, en considérant l'entraînement physique comme étant un élément positif pouvant contrecarrer ces effets. Il a été démontré que l'entraînement physique peut réduire l'accumulation de graisses dans le foie chez les rates Ovx. Dans la première étude, nous avons montré que chez les rates Ovx nourries à la diète riche en lipides (HF), les contenus de TG hépatiques étaient élevées (P < 0.01) comparativement aux rates Sham, 5 semaines après la chirurgie. Le changement de la diète HF par la diète standard (SD) chez les rates Sham a diminué l’accumulation de lipides dans le foie. Toutefois, chez les rates Ovx, 8 semaines après le changement de la HF par la SD le niveau de TG dans le foie était maintenu aussi élevé que chez les rates nourries continuellement avec la diète HF. Lorsque les TG hépatiques mesurés à la 13e semaine ont été comparés aux valeurs correspondant au retrait initial de la diète HF effectué à la 5e semaine, les niveaux de TG hépatiques chez les animaux Ovx ont été maintenus, indépendamment du changement du régime alimentaire; tandis que chez les rats Sham le passage à la SD a réduit (P < 0.05) les TG dans le foie. Les mêmes comparaisons avec la concentration des TG plasmatiques ont révélé une relation inverse. Ces résultats suggèrent que la résorption des lipides au foie est contrée par l'absence des œstrogènes. Dans cette continuité, nous avons utilisé une approche physiologique dans notre seconde étude pour investiguer la façon dont la carence en œstrogènes entraîne l’accumulation de graisses dans le foie, en nous focalisant sur la voie de l'exportation des lipides du foie. Les résultats de cette étude ont révélé que le retrait des œstrogènes a entraîné une augmentation (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie en concomitance avec la baisse (P < 0.01) de production de VLDL-TG et une réduction l'ARNm et de la teneur en protéines microsomales de transfert des triglycérides (MTP). Tous ces effets ont été corrigés par la supplémentation en œstrogènes chez les rates Ovx. En outre, l'entraînement physique chez les rates Ovx a entraîné une réduction (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie ainsi qu’une diminution (P < 0.01) de production de VLDL-TG accompagnée de celle de l'expression des gènes MTP et DGAT-2 (diacylglycérol acyltransférase-2). Des études récentes suggèrent que le peptide natriurétique auriculaire (ANP) devrait être au centre des intérêts des recherches sur les métabolismes énergétiques et lipidiques. Le ANP est relâché dans le plasma par les cellules cardiaques lorsque stimulée par l’oxytocine et exerce ses fonctions en se liant à son récepteur, le guanylyl cyclase-A (GC-A). En conséquence, dans la troisième étude, nous avons étudié les effets du blocage du système ocytocine-peptide natriurétique auriculaire (OT-ANP) en utilisant un antagoniste de l’ocytocine (OTA), sur l'expression des gènes guanylyl cyclase-A et certains marqueurs de l’inflammation dans le foie de rates Ovx. Nous avons observé une diminution (P < 0.05) de l’ARNm de la GC-A chez les rates Ovx et Sham sédentaires traitées avec l’OTA, tandis qu’une augmentation (P < 0.05) de l'expression de l’ARNm de la protéine C-réactive (CRP) hépatique a été notée chez ces animaux. L’exercice physique n'a apporté aucun changement sur l'expression hépatique de ces gènes que ce soit chez les rates Ovx ou Sham traitées avec l’OTA. En résumé, pour expliquer l’observation selon laquelle l’accumulation et la résorption de lipides dans le foie dépendent des mécanismes associés à des niveaux d’œstrogènes, nos résultats suggèrent que la diminution de production de VLDL-TG induite par une déficience en œstrogènes, pourrait être un des mecanismes responsables de l’accumulation de lipides dans le foie. L’exercice physique quant à lui diminue l'infiltration de lipides dans le foie ainsi que la production de VLDL-TG indépendamment des niveaux d'œstrogènes. En outre, l'expression des récepteurs de l’ANP a diminué par l'OTA chez les rates Ovx et Sham suggérant une action indirecte de l’ocytocine (OT) au niveau du foie indépendamment de la présence ou non des estrogènes. L’axe ocytocine-peptide natriurétique auriculaire, dans des conditions physiologiques normales, protègerait le foie contre l'inflammation à travers la modulation de l’expression de la GC-A. / Excessive accumulation of triglycerides (TGs) in hepatocytes is the characteristic of non-alcoholic hepatic steatosis (NAHS). NAHS occurs in various conditions in which abnormal fat metabolism is a common factor. The primary processes leading to lipid accumulation in the liver are not well understood. However, lipid in the form of TG accumulates within liver cells when mechanisms that promote their removal (by oxidation or secretion) cannot keep pace with mechanisms that promote lipid import or biosynthesis. Today, it is well accepted that estrogen deficiency is associated with the development of a state of hepatic steatosis. Although recent findings indicated the implication of ovarian hormones in liver lipid accumulation, mechanisms underlying this phenomenon need to be further investigated. Therefore, the three studies presented in this thesis have been conducted in ovariectomized (Ovx) rats, as animal model of post-menopausal women, to investigate the effects of estrogen withdrawal on liver fat metabolism and considering the effects of exercise training as a positive counteractive factor. It has been shown that exercise training can reduce liver fat accumulation in Ovx rats. In the first study, we showed that in high fat (HF) fed animals, liver TG content was higher (P < 0.01) in Ovx compared to Sham rats as soon as 5-week after the surgery. Switching from the HF to a standard (SD) diet resulted in a decrease in liver fat accumulation in Sham animals. However, 8 weeks after the diet switch, liver fat accumulation was as high in Ovx rats as those maintained on the HF diet. When liver TG content measured at week 13 was compared to initial pre-switching values (week 5), liver TG levels in Ovx animals were maintained at the same level independently of the diet switch, while in Sham rats switching to a SD diet reduced liver TG accumulation (P < 0.05). The same comparisons with plasma TG levels revealed an opposite relationship. These results may be taken as evidence that indeed liver fat resorption is hampered in the absence of estrogens. To go one step further, we used a physiological approach in our second study to investigate how estrogen deficiency affects liver fat accumulation putting an emphasis on the pathway of lipid exportation from the liver. Results of this study showed that estrogen withdrawal resulted in higher (P < 0.01) liver fat accumulation concomitantly with lower (P < 0.01) very low density lipoprotein-triglyceride (VLDL-TG) production and lower mRNA and protein content of hepatic microsomal triglyceride transfer protein (MTP). All of these effects in Ovx rats were corrected with estrogen supplementation. Moreover, exercise training in Ovx rats reduced (P < 0.01) liver fat accumulation and further reduced (P < 0.01) hepatic VLDL-TG production along with gene expression of MTP and diacylglycerol acyltransferase-2 (DGAT-2). A recent growing body of literature suggests that atrial natriuretic peptide (ANP) hormone should be the interest of new investigations in the field of energy and lipid metabolism. ANP is released from the heart into plasma by oxytocin (OT) stimulation and exerts its biological action by binding to its receptor, guanylyl cyclase-A (GC-A: ANP receptor). Therefore, in the third study, we investigated the effects of blocking the oxytocin-atrial natriuretic peptide (OT-ANP) system, using an OT antagonist (OTA), on the gene expression of hepatic guanylyl cyclase-A and some inflammatory markers in the liver of Ovx rats. Hepatic GC-A mRNAs were decreased (P < 0.05) in Ovx and Sham OTA-treated rats in the sedentary state, contrary to hepatic C-reactive protein (CRP) mRNA expression that increased in these animals (P < 0.05). Exercise training had no effect on hepatic expression of these genes in both Sham and Ovx rats receiving OTA. Overall, our results point to the interpretation that hepatic fat accumulation and resorption are dependent on mechanisms associated with a normal estrogenic status; indicating that a decrease in VLDL-TG production might be a contributing factor responsible for the hepatic fat accumulation induced by estrogen deficiency. Exercise training lowers liver fat accretion and VLDL-TG production independently of the estrogen levels. Moreover, hepatic expression of ANP receptors is decreased by OTA in both Sham and Ovx rats suggesting an indirect action of the OT system on the liver independently of the estrogenic status of the animal. Oxytocin-atrial natriuretic peptide axis may contribute to the protection of hepatic tissue under normal physiological conditions such as reducing inflammatory markers within the hepatocytes by exerting its role through guanylyl cyclase-A expression.

L’accumulation de triglycérides (TG) dans les hépatocytes est caractéristique de la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA). Cette dernière se produit dans diverses conditions dont le facteur commun est le métabolisme anormal des lipides. Le processus conduisant à l'accumulation des lipides dans le foie n’a pas encore été totalement élucidé. Toutefois, des lipides s'accumulent dans le foie lorsque les mécanismes qui favorisent leur exportation (oxydation et sécrétion) sont insuffisants par rapport aux mécanismes qui favorisent leur importation ou leur biosynthèse. De nos jours il est admis que la carence en œstrogènes est associée au développement de la stéatose hépatique. Bien que les résultats des études récentes révèlent l'implication des hormones ovariennes dans l'accumulation de lipides dans le foie, les mécanismes qui sous-tendent ce phénomène doivent encore être étudiés. En conséquence, les trois études présentées dans cette thèse ont été menées sur des rates ovariectomizées (Ovx), comme modèle animal de femmes post-ménopausées, pour étudier les effets du retrait des œstrogènes sur le métabolisme des lipides dans le foie, en considérant l'entraînement physique comme étant un élément positif pouvant contrecarrer ces effets. Il a été démontré que l'entraînement physique peut réduire l'accumulation de graisses dans le foie chez les rates Ovx. Dans la première étude, nous avons montré que chez les rates Ovx nourries à la diète riche en lipides (HF), les contenus de TG hépatiques étaient élevées (P < 0.01) comparativement aux rates Sham, 5 semaines après la chirurgie. Le changement de la diète HF par la diète standard (SD) chez les rates Sham a diminué l’accumulation de lipides dans le foie. Toutefois, chez les rates Ovx, 8 semaines après le changement de la HF par la SD le niveau de TG dans le foie était maintenu aussi élevé que chez les rates nourries continuellement avec la diète HF. Lorsque les TG hépatiques mesurés à la 13e semaine ont été comparés aux valeurs correspondant au retrait initial de la diète HF effectué à la 5e semaine, les niveaux de TG hépatiques chez les animaux Ovx ont été maintenus, indépendamment du changement du régime alimentaire; tandis que chez les rats Sham le passage à la SD a réduit (P < 0.05) les TG dans le foie. Les mêmes comparaisons avec la concentration des TG plasmatiques ont révélé une relation inverse. Ces résultats suggèrent que la résorption des lipides au foie est contrée par l'absence des œstrogènes. Dans cette continuité, nous avons utilisé une approche physiologique dans notre seconde étude pour investiguer la façon dont la carence en œstrogènes entraîne l’accumulation de graisses dans le foie, en nous focalisant sur la voie de l'exportation des lipides du foie. Les résultats de cette étude ont révélé que le retrait des œstrogènes a entraîné une augmentation (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie en concomitance avec la baisse (P < 0.01) de production de VLDL-TG et une réduction l'ARNm et de la teneur en protéines microsomales de transfert des triglycérides (MTP). Tous ces effets ont été corrigés par la supplémentation en œstrogènes chez les rates Ovx. En outre, l'entraînement physique chez les rates Ovx a entraîné une réduction (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie ainsi qu’une diminution (P < 0.01) de production de VLDL-TG accompagnée de celle de l'expression des gènes MTP et DGAT-2 (diacylglycérol acyltransférase-2). Des études récentes suggèrent que le peptide natriurétique auriculaire (ANP) devrait être au centre des intérêts des recherches sur les métabolismes énergétiques et lipidiques. Le ANP est relâché dans le plasma par les cellules cardiaques lorsque stimulée par l’oxytocine et exerce ses fonctions en se liant à son récepteur, le guanylyl cyclase-A (GC-A). En conséquence, dans la troisième étude, nous avons étudié les effets du blocage du système ocytocine-peptide natriurétique auriculaire (OT-ANP) en utilisant un antagoniste de l’ocytocine (OTA), sur l'expression des gènes guanylyl cyclase-A et certains marqueurs de l’inflammation dans le foie de rates Ovx. Nous avons observé une diminution (P < 0.05) de l’ARNm de la GC-A chez les rates Ovx et Sham sédentaires traitées avec l’OTA, tandis qu’une augmentation (P < 0.05) de l'expression de l’ARNm de la protéine C-réactive (CRP) hépatique a été notée chez ces animaux. L’exercice physique n'a apporté aucun changement sur l'expression hépatique de ces gènes que ce soit chez les rates Ovx ou Sham traitées avec l’OTA. En résumé, pour expliquer l’observation selon laquelle l’accumulation et la résorption de lipides dans le foie dépendent des mécanismes associés à des niveaux d’œstrogènes, nos résultats suggèrent que la diminution de production de VLDL-TG induite par une déficience en œstrogènes, pourrait être un des mecanismes responsables de l’accumulation de lipides dans le foie. L’exercice physique quant à lui diminue l'infiltration de lipides dans le foie ainsi que la production de VLDL-TG indépendamment des niveaux d'œstrogènes. En outre, l'expression des récepteurs de l’ANP a diminué par l'OTA chez les rates Ovx et Sham suggérant une action indirecte de l’ocytocine (OT) au niveau du foie indépendamment de la présence ou non des estrogènes. L’axe ocytocine-peptide natriurétique auriculaire, dans des conditions physiologiques normales, protègerait le foie contre l'inflammation à travers la modulation de l’expression de la GC-A. / Excessive accumulation of triglycerides (TGs) in hepatocytes is the characteristic of non-alcoholic hepatic steatosis (NAHS). NAHS occurs in various conditions in which abnormal fat metabolism is a common factor. The primary processes leading to lipid accumulation in the liver are not well understood. However, lipid in the form of TG accumulates within liver cells when mechanisms that promote their removal (by oxidation or secretion) cannot keep pace with mechanisms that promote lipid import or biosynthesis. Today, it is well accepted that estrogen deficiency is associated with the development of a state of hepatic steatosis. Although recent findings indicated the implication of ovarian hormones in liver lipid accumulation, mechanisms underlying this phenomenon need to be further investigated. Therefore, the three studies presented in this thesis have been conducted in ovariectomized (Ovx) rats, as animal model of post-menopausal women, to investigate the effects of estrogen withdrawal on liver fat metabolism and considering the effects of exercise training as a positive counteractive factor. It has been shown that exercise training can reduce liver fat accumulation in Ovx rats. In the first study, we showed that in high fat (HF) fed animals, liver TG content was higher (P < 0.01) in Ovx compared to Sham rats as soon as 5-week after the surgery. Switching from the HF to a standard (SD) diet resulted in a decrease in liver fat accumulation in Sham animals. However, 8 weeks after the diet switch, liver fat accumulation was as high in Ovx rats as those maintained on the HF diet. When liver TG content measured at week 13 was compared to initial pre-switching values (week 5), liver TG levels in Ovx animals were maintained at the same level independently of the diet switch, while in Sham rats switching to a SD diet reduced liver TG accumulation (P < 0.05). The same comparisons with plasma TG levels revealed an opposite relationship. These results may be taken as evidence that indeed liver fat resorption is hampered in the absence of estrogens. To go one step further, we used a physiological approach in our second study to investigate how estrogen deficiency affects liver fat accumulation putting an emphasis on the pathway of lipid exportation from the liver. Results of this study showed that estrogen withdrawal resulted in higher (P < 0.01) liver fat accumulation concomitantly with lower (P < 0.01) very low density lipoprotein-triglyceride (VLDL-TG) production and lower mRNA and protein content of hepatic microsomal triglyceride transfer protein (MTP). All of these effects in Ovx rats were corrected with estrogen supplementation. Moreover, exercise training in Ovx rats reduced (P < 0.01) liver fat accumulation and further reduced (P < 0.01) hepatic VLDL-TG production along with gene expression of MTP and diacylglycerol acyltransferase-2 (DGAT-2). A recent growing body of literature suggests that atrial natriuretic peptide (ANP) hormone should be the interest of new investigations in the field of energy and lipid metabolism. ANP is released from the heart into plasma by oxytocin (OT) stimulation and exerts its biological action by binding to its receptor, guanylyl cyclase-A (GC-A: ANP receptor). Therefore, in the third study, we investigated the effects of blocking the oxytocin-atrial natriuretic peptide (OT-ANP) system, using an OT antagonist (OTA), on the gene expression of hepatic guanylyl cyclase-A and some inflammatory markers in the liver of Ovx rats. Hepatic GC-A mRNAs were decreased (P < 0.05) in Ovx and Sham OTA-treated rats in the sedentary state, contrary to hepatic C-reactive protein (CRP) mRNA expression that increased in these animals (P < 0.05). Exercise training had no effect on hepatic expression of these genes in both Sham and Ovx rats receiving OTA. Overall, our results point to the interpretation that hepatic fat accumulation and resorption are dependent on mechanisms associated with a normal estrogenic status; indicating that a decrease in VLDL-TG production might be a contributing factor responsible for the hepatic fat accumulation induced by estrogen deficiency. Exercise training lowers liver fat accretion and VLDL-TG production independently of the estrogen levels. Moreover, hepatic expression of ANP receptors is decreased by OTA in both Sham and Ovx rats suggesting an indirect action of the OT system on the liver independently of the estrogenic status of the animal. Oxytocin-atrial natriuretic peptide axis may contribute to the protection of hepatic tissue under normal physiological conditions such as reducing inflammatory markers within the hepatocytes by exerting its role through guanylyl cyclase-A expression.

L’œdème cérébral est une complication associée à l’encéphalopathie hépatique (EH) lors d’une insuffisance hépatique chronique (cirrhose du foie). Présentement, l’origine de sa pathogenèse, vasogénique (rupture de la barrière hémato-encéphalique (BHE)) ou cytotoxique (prise anormale d’ions), n’a pas encore été déterminée. Il a été démontré que le co-transporteur Na-K-Cl (NKCC1) du côté luminal des microvaisseaux sanguins cérébraux (CMV) joue un rôle dans le développement de l’œdème cérébral dans des modèles d’ischémie où la bumetanide, un inhibiteur de NKCC, atténue l’œdème cérébral. Deux modèles d’EH ont été utilisés pour cette étude i) la ligature de la voie biliaire (BDL) qui présente l’hyperammoniémie chronique, l’œdème cérébral et le stress oxydatif systémique ; ii) l’anastomose portocave (PCA) qui présente de l’hyperammoniémie chronique seulement. Les buts du projet étaient de: i) définir l’origine du développement de l’œdème chez les rats BDL en étudiant l’extravasation de macromolécules, les jonctions serrées et l’activation des métalloprotéinases matricielles de la BHE; ii) observer les effets de l’hyperammoniémie chronique indépendamment sur la BHE chez les rats PCA; iii) évaluer le rôle de l’hyperammoniémie et du stress oxydatif et iv) étudier le rôle du NKCC1 dans les CMV dans la pathogenèse de l’œdème cérébral. Les résultats du projet démontrent que l’œdème est d’origine cytotoxique chez les rats BDL et que l’intégrité de la BHE est conservée chez les rats PCA malgré l’hyperammoniémie. L’expression génique du NKCC1 est associée à l’œdème mais pas son expression protéique et sa phosphorylation. Enfin, l’étude démontre que l’hyperammoniémie et le stress oxydatif indépendant ne jouent pas un rôle dans la pathogenèse de l’œdème mais suggère qu’ils y aient un effet synergique. / Brain edema is a complication associated with hepatic encephalopathy (HE) due to chronic liver failure (cirrhosis). It is unclear whether brain edema is of vasogenic (blood brain barrier (BBB) breakdown) or cytotoxic (abnormal cellular uptake of ions) origin. It has been demonstrated that the Na-K-Cl cotransporter (NKCC1) located on the luminal side of the cerebral microvessels (CMV) is implicated in the pathogenesis of brain edema in animal models of ischemia and that the administration of bumetanide, an inhibitor of NKCC, attenuates brain water increase. Two distinct animal models of chronic liver failure and HE are used in the present study; 1) bile duct ligation (BDL) where brain edema, chronic hyperammonemia and systemic oxidative stress are observed; 2) portacaval anastomosis (PCA) where only chronic hyperammonemia is observed. The aims of the study were to: i) determine the origin of brain edema in BDL rats measuring brain extravasation, tight junctions expression and matrix metalloproteinase activation; ii) observe the effects of chronic hyperammonemia on the BBB in PCA rats; iii) study the role of oxidative stress and hyperammonemia; iv) evaluate the role of NKCC in CMV in the pathogenesis of brain edema. The results of the study determined that brain edema in BDL rats is of cytotoxic origin and chronic hyperammonemia independently has no effect on the BBB. An increase of NKCC1 mRNA is associated with brain edema but protein expression and phosphorylation are not. Furthermore, hyperammonemia and oxidative stress independently are not implicated in the development of brain edema however a synergistic effect between the two pathogenic factors in BDL rats remains a possibility.

L'encéphalopathie hépatique (EH) est un syndrome neuropsychiatrique dû à une dysfonction hépatique où l'ammoniaque est un facteur central. Il a déjà été rapporté que l’intoxication aiguë d'ammoniaque induise le stress oxydatif/nitrosatif. La présente étude cible à évaluer le rôle du stress oxydatif/nitrosatif dans 2 modèles de l’EH chronique : (1) l’anastomose portocave (PCA) et (2) la ligation de la voie biliaire (BDL). Ces 2 modèles sont caractérisés par une hyperammoniémie et une augmentation d’ammoniaque centrale, cependant l’œdème cérébral est trouvé seulement chez les rats BDL. Des marqueurs du stress oxydatif/nitrosatif ont été évaluées dans le plasma et cortex frontal. Un stress nitrosatif central a été observé chez les rats PCA; tandis qu’un stress oxydatif/nitrosatif systémique a été démontré seulement chez les rats BDL. Ces résultats suggèrent (1) que l’hyperammoniémie chronique n’induise pas le stress oxydatif/nitrosatif systémique et (2) qu’un synergisme existe entre l’ammoniaque et le stress oxydatif/nitrosatif, en association avec l’œdème cérébral. / Hepatic encephalopathy (HE) is a neuropsychiatric complication due to liver failure where ammonia is believed to be central in the pathogenesis. Acute ammonia intoxication has demonstrated to induce oxidative/nitrosative stress in both in vivo and in vitro models. The present study was aimed to assess the role of oxidative/nitrosative stress in 2 models of chronic liver failure/HE; 1. portacaval anastomosis (PCA) and 2. bile duct ligation (BDL). Both models are characterised with hyperammonemia and increased brain ammonia however cerebral edema is only found in BDL rats. Oxidative/nitrosative stress markers were evaluated in plasma and frontal cortex of both animal models. Central nitrosative stress was observed in PCA rats, but systemic oxidative/ntrosative stress was demonstrated only in BDL rats. The results of our study suggest i) chronic hyperammonemia does not induce oxidative stress and ii) a synergistic effect between ammonia and systemic oxidative/nitrosative stress is associated with cerebral edema.

Réalisé dans le cadre d'un mandat de l'Unité d'évaluation des technologies et des modes d'intervention en santé (UETMIS) du CHU Sainte-Justine / Introduction : La tyrosinémie de type I est une maladie génétique sévère. Elle se caractérise par des manifestations hépatiques, rénales et neurologiques. Depuis 1994, le NTBC représente la thérapie de première ligne. Ce médicament a conduit à une amélioration radicale de la morbidité et du pronostic de la maladie. Objectif : Évaluer les coûts directs des soins de santé reliés au traitement de cette maladie. Cette évaluation économique a été effectuée en trois groupes dont, un groupe historique de patients non traités; un groupe traitement tardif et un groupe traitement précoce par NTBC. Méthode : L’analyse coûts-conséquences inclut les coûts des hospitalisations, des services médicaux et des thérapies associées. Les données proviennent des banques de la RAMQ, de Med-Echo et des dossiers hospitaliers. Résultats : Le NTBC est associé à une réduction significative des hospitalisations, des séjours aux soins intensifs et des greffes hépatiques. Les coûts hospitaliers sont significativement moindres pour les groupes traités (13 979 $, 6 347 $ et 673 $ par année-patient pour les groupes historique, traitement tardif et traitement précoce,respectivement; valeur p < 0,0001). Les coûts des hospitalisations pour greffes par année-patient sont de 4 676$ pour le groupe historique et de 3 567 $ pour le groupe traitement tardif. Les coûts du NTBC par année-patient sont de 66 965 $ et de 51 493 $ pour les groupes traitement tardif et traitement précoce, respectivement. Conclusion : Les résultats démontrent l’impact majeur du NTBC sur la réduction de l’utilisation des ressources de santé, des greffes hépatiques et des coûts associés. / Introduction : Tyrosinemia type I is a severe genetic disorder. Symptoms include hepatic,renal and neurological manifestations. NTBC became the first-line therapy in 1994. This drug has led to a drastic improvement in the prognosis. Objective : To evaluate direct medical costs of healthcare services related to the treatment for this disease. This economic evaluation was conducted among the 3 following groups: an historical group of untreated patients, a late-treatment group and an early-treatment group with NTBC. Methods : The costs-consequences analysis includes costs incurred by hospitalizations, medical services and related treatments. Data are derived from the RAMQ and Med-Echo administrative databases and patients’ hospital charts. Results : NTBC treatment is associated with a significant reduction in hospitalizations, intensive care unit stays and liver transplantations. The cost of hospitalizations is significantly less for both treated groups (13,979 $, 6,347 $ and 673 $ per year-patient for the historical group, the late-treatment and the early-treatment group, respectively; pvalue< 0,0001). The cost of hospitalizations for liver transplantations per year-patient is 4,676 $ for the historical group and 3,567 $ for the late-treatment group. The cost of NTBC per year-patient is 66,965$ and 51,493$ for the late-treatment and the earlytreatment groups, respectively. Conclusion : These results demonstrate that NTBC treatment results in a major reduction in healthcare resources utilization, liver transplantations and associated costs.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’encéphalopathie hépatique (EH) est un syndrome neuropsychiatrique découlant des complications de l'insuffisance hépatique. Les patients souffrant d'une insuffisance hépatique chronique (IHC) présentent fréquemment une EH minimale (EHM) caractérisée par des dysfonctions cognitives subtiles qui affectent leur qualité de vie. L'insuffisance hépatique entraîne une hyperammoniémie, le facteur central dans la pathogenèse de l'EH. Pourtant, les taux d'ammoniaque sérique ne sont pas corrélés avec la sévérité de l'EH lors d'une IHC, suggérant que d'autres facteurs y contribuent. L'oedème cérébral est une caractéristique neuropathologique décrite chez les patients souffrant d'une EHM et plusieurs facteurs dont le stress oxydatif, les altérations du métabolisme énergétique et l'augmentation de la glutamine cérébrale pourraient contribuer à la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC. Les mécanismes sous-jacents exacts ainsi que les relations entre ces facteurs et l'ammoniaque ne sont pas connus. Présentement, le seul traitement efficace de l'IHC est la transplantation hépatique, une option thérapeutique très limitée. Le but de cette thèse est de contribuer à l'avancement des connaissances sur les mécanismes sous-jacents liés au rôle du stress oxydatif, de la glutamine et du lactate dans la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC afin d'envisager de nouvelles options thérapeutiques. Les objectifs précis étaient: 1. Établir le rôle de l’ammoniaque et sa relation avec le stress oxydatif dans la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC. 2. Établir le rôle du stress oxydatif dans la pathogenèse de l'oedème cérébral, sa relation avec l'ammoniaque et l'effet du traitement avec des antioxydants. 3. Confirmer l'effet synergique entre l'ammoniaque et le stress oxydatif dans la pathogenèse de l'oedème cérébral. 4. Établir le rôle du lactate et de la glutamine dans la pathogenèse de l'oedème cérébral et leur relation avec l’ammoniaque. Pour atteindre ces objectifs, 2 modèles animaux d'EHM obtenus par microchirurgie chez le rat ont été utilisés: 1) la ligature de voie biliaire, un modèle d'IHC et 2) l'anastomose porto-cave, un modèle d'hyperammoniémie induite par la dérivation portosystémique. Nos résultats démontrent que l'ammoniaque et le stress oxydatif indépendamment n'induisent pas l'oedème cérébral lors d'une EHM. Pourtant, lorsque les 2 facteurs agissent ensemble ils présentent ii un effet synergique qui entraîne le développement de l'oedème cérébral, le stress oxydatif étant une première insulte, qui est suivie par l'hyperammoniémie comme deuxième insulte. En plus, le stress oxydatif a été mis en évidence seulement au niveau systémique, et non au niveau central dans notre modèle d'IHC en association avec l'oedème cérébral, suggérant que le stress oxydatif systémique est une conséquence de la dysfonction hépatique et que l'hyperammoniémie n’induit pas le stress oxydatif ni systémique ni central. Nous avons démontré qu’une augmentation du lactate cérébral est une conséquence directe de l'hyperammoniémie et joue un rôle important dans la pathogenèse de l'oedème cérébral lors d'une EHM induite par une IHC, tandis qu’une augmentation de la glutamine au niveau cérébral n'est pas un facteur clé. La compréhension de ces mécanismes a entraîné la proposition de 3 nouvelles stratégies thérapeutiques potentielles pour l'EHM. Elles ciblent la diminution de l'ammoniaque sérique, la réduction du stress oxydatif et l'inhibition de la synthèse du lactate. / Hepatic encephalopathy (HE) is a metabolic neuropsychiatric syndrome which occurs as a complication of liver failure/disease. Patients with chronic liver disease (CLD) present often with minimal HE (MHE) characterized by subtle cognitive dysfunction which impairs their quality of life. Impaired liver function leads to hyperammonemia which is a central factor in the pathogenesis of HE. However, ammonia alone is poorly correlated with the severity of HE during CLD, strongly suggesting other factors may contribute. Brain edema is a neuropathological feature described in MHE patients and several factors such as oxidative stress, energy metabolism alterations and an increase in glutamine may to contribute to the pathogenesis of brain edema during HE related to CLD. However the exact underlying mechanisms and the relationships between these factors and ammonia are poorly understood. To date, the only effective treatment of CLD remains liver transplantation, a limited therapeutic option. The aim of this thesis is to advance the knowledge into the mechanisms underlying the role of oxidative stress, glutamine and lactate in the pathogenesis of brain edema during MHE associated with CLD in order to uncover new therapeutic options. The study objectives were: 1. Define the role of ammonia and its relationship with oxidative stress in the pathogenesis of brain edema in CLD. 2. Define the role of oxidative stress in the pathogenesis of brain edema, its relationship with ammonia as well as the effect of antioxidant treatment. 3. Confirm a synergistic role of ammonia and oxidative stress in the pathogenesis of brain edema. 4. Define the role of lactate and glutamine in the pathogenesis of brain edema and their relationship with ammonia. To achieve these objectives, we used 2 microsurgical rat models: 1) bile-duct ligation, a cirrhosis model and 2) portacaval anastomosis, a hyperammonemia model following portal-systemic shunting. Our findings demonstrate that ammonia and systemic oxidative stress independently do not induce brain edema in MHE related to CLD. However, when both factors are present, they exert a synergistic effect leading to the development of brain edema with oxidative stress presenting as a “first hit”, followed by hyperammonemia as a “second hit”. Moreover, solely systemic and not central oxidative stress was observed in our CLD rat model in relation to brain edema implying that systemic oxidative stress is a consequence of liver dysfunction and that central oxidative stress is not a direct iv effect of hyperammonemia in the setting of CLD. Moreover, we revealed that increased cerebral lactate is a direct consequence of hyperammonemia and also plays an important role in the pathogenesis of brain edema, while increased cerebral glutamine does not. The understanding of these mechanisms led to the proposal of three different strategies as potential HE therapies. These are directed towards lowering ammonia, reducing oxidative stress and inhibiting lactate synthesis.

Le récepteur LSR est un acteur important du métabolisme hépatique, puisqu'il joue un rôle dans la clairance des lipoprotéines à ApoB/ApoE riches en triglycérides durant la période postprandiale. Dans cette étude, nous avons montré qu'un traitement in vitro par DHA peut augmenter les niveaux de protéine et d'activité LSR dans les cellules d'hépatome de souris Hepa 1-6. En toute cohérence, un régime supplémenté en DHA a conduit à élever les niveaux de protéine LSR hépatique chez la souris. Mais aucune de ces deux études n'a montré de changement au niveau des ARNm. Ceci suggère que l'enrichissement en DHA influe positivement sur le microenvironnement de LSR et son ancrage à la surface de la cellule. Nous avons ensuite étudié le rôle du récepteur PPAR[alpha] dans la régulation du gène lsr. Une analyse in silico nous a permis d'identifier des éléments PPRE dans la région 5' régulatrice du gène humain et de ses homologues de souris et de rat. Des traitements pharmacologiques par des agoniste et antagoniste spécifiques de PPAR[alpha] ont montré que ce récepteur est impliqué dans la régulation transcriptionnelle de l'expression du LSR dans les cellules Hepa 1 6. Enfin, une analyse transcriptomique a révélé une diminution de l'expression de PPAR[alpha] et d'autres gènes impliqués dans le métabolisme lipidique hépatique chez la souris LSR+/- sous régime standard ou riche en graisses. En conclusion, toutes ces études indiquent que l'activité LSR hépatique est sous le contrôle de facteurs nutritionnels capables d'activer divers mécanismes de régulation, faisant du LSR une cible d'intérêt potentiel pour des stratégies nutritionnelles ou thérapeutiques destinées à prévenir ou traiter les dyslipidémies / Lipolysis stimulated lipoprotein receptor (LSR) plays an important role in the clearance of ApoB/ApoE containing triglyceride-rich lipoproteins during postprandial phase. In this study, we demonstrated that in vitro treatment of mouse hepatoma cells, Hepa 1-6, with docosahexaenoic acid (DHA) led to an increase in LSR protein levels as well as its activity. Furthermore, the mice placed on the diet supplemented with DHA showed an increase in hepatic LSR protein. However, the mRNA levels remained unchanged in both in vitro and in vivo studies, suggesting that DHA enrichment may result in changes in LSR microenvironment that could affect its anchorage at the surface of cell membrane. Specific peroxisome proliferator response elements were identified in the upstream region of human, mouse and rat lsr gene by in silico analysis. We therefore sought to determine the role of the transcription factor, peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR[alpha]), in LSR regulation. In vitro pharmacological studies using PPAR[alpha]-selective agonist and antagonist agents demonstrated that PPAR[alpha] is indeed involved in the transcriptional regulation of LSR expression. Furthermore, qPCR array analysis revealed the downregulation of PPAR[alpha] and various genes involved in hepatic lipid metabolism in LSR+/- mice on standard and high-fat diets. In conclusion, these studies show that the hepatic LSR activity is controlled by dietary factors that can activate various pathways involved in regulating lipid homeostasis, therefore representing LSR as a potential target for either nutritional or therapeutic strategies towards the prevention or treatment of dyslipidemia

La métabolomique par résonance magnétique nucléaire (RMN) permet d’étudier laréponse métabolique globale d’un système biologique à un stimulus ou un événementphysiopathologique (maladie, manipulation génétique, etc.). Cette discipline connaît un essorimportant dans la recherche clinique et biologique, et constitue ainsi un outil à fort potentielpour la découverte de biomarqueurs de maladies, et l’étude de la fonction des gènes.Cette thèse est dédiée à l’application de la métabolomique par RMN à hauts champspour l’étude des pathologies associées à la signalisation thyroïdienne chez la souris. L’objectifglobal est d’identifier des biomarqueurs spécifiques liés aux différentes maladies hormonales :l’hypothyroïdie et la maladie génétique émergente résistance à l’hormone thyroïdienne due àune mutation au niveau du récepteur TRα1 (RTHα). Cette dernière est particulièrementdifficile à diagnostiquer à cause du manque de marqueurs biochimiques et de symptômesspécifiques à cette maladie. De plus, elle présente des similitudes avec l’hypothyroïdie auniveau symptomatique. Des modèles murins de RTHα et de l’hypothyroïdie ont été analysés,et l’investigation a été menée sur l’urine et le plasma sanguin dans le but de différenciermétaboliquement ces maladies et d’identifier des biomarqueurs spécifiques à RTHα. Dessignatures métaboliques liées à chaque maladie ont été identifiées dans l’urine et le plasmasanguin. Cinq métabolites qui varient de façon significative ont été identifiés dans l’urinecomme étant liés à la maladie RTHα : trimethylamine, dimethylamine, isovalerylglycine, Nacetylglucosamineet la choline. Dans le sang, ce sont les lipides insaturés qui varient de façonsignificative chez les souris mimant la maladie RTHα. / Metabolomics by nuclear magnetic resonance (NMR) allows studying the metabolicresponse of a global biological system to a stimuli or a physiopathological even (diseases,genetic modifications, etc.). This discipline is growing especially in the clinical and biologicalfields, and represents a strong potential tool to identify biomarkers related to diseases, andstudy the function of genes.This thesis is dedicated to the application of metabolomics by high field NMR to studythyroid signalisation pathologies in mice. The main goal is to identify biomarkers related tothe emerging genetic disease called resistance to thyroid hormone due to a mutation in thyroidhormone receptor TRα1 (RTHα). This disease is particularly difficult to diagnose because ofthe lack of biochemical markers and specific symptoms. In addition, it presents commonfeatures with hypothyroidism in term of symptoms. Mice models of RTHα andhypothyroidism were analysed, and the investigation were driven on urine and blood plasmain order to differentiate metabolically theses diseases and identify biomarkers related toRTHα. Metabolic fingerprints related to each disease were identified in both urine and bloodplasma. Five metabolites vary significantly in the urine of RTHα mice: trimethylamine,dimethylamine, isovalerylglycine, N-acetylglucosamine and choline. Unsaturated lipids varysignificantly in the blood plasma of RTHα mice.The impact of thyroid hormones (TH) and the thyroid hormone receptor TRβ on theliver metabolism were also studied in the present manuscript through NMR-basedmetabolomics. A mouse model, with a specific knock-out of TRβ gene in hepatocytes (LTRβ-KO), were used to study this question. To understand the function of TH mediated by TRβ,the liver metabolic response to TH, obtained from liver aqueous extracts and intact livertissues, TRβKO and wild-type mice were compared. The results suggest the presence ofdirect and indirect effects of thyroid hormones on the liver metabolism.